(57)【要約】【課題】標本に照射する光パターンを任意に且つ高速に変更する技術を提供する。【解決手段】照明装置１は、光源２と光源２からの光を標本１３に照射する照明レンズである対物レンズ１２の間で、且つ、対物レンズ１２の瞳位置１２ｐと光学的に共役な位置に配置された、位相変調型の空間光変調器である反射型ＬＣＯＳ７を含む。照明装置１は、さらに、対物レンズ１２の瞳内の少なくとも１つの領域を、反射型ＬＣＯＳ７の異なる複数の領域に投影する瞳投影光学系（ＰＢＳ８、瞳リレー光学系９、瞳リレー光学系１１）と、含む。【選択図】図１
2013221953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と前記光源からの光を標本に照射する照明レンズの間で、且つ、前記照明レンズの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された、位相変調型の空間光変調器と、
前記照明レンズの瞳内の少なくとも１つの領域を、前記空間光変調器の異なる複数の領域に投影する瞳投影光学系と、含む
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において、
前記瞳投影光学系は、前記照明レンズの瞳を、前記空間光変調器の前記複数の領域に投影するように構成される
ことを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項２に記載の照明装置において、
前記瞳投影光学系は、前記空間光変調器と前記照明レンズの間に配置された、前記空間光変調器の前記複数の領域の各々で変調された光の光路を合成する光路合成手段を含む
ことを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項１に記載の照明装置において、
前記瞳投影光学系は、前記照明レンズの瞳内の複数の領域を、前記空間光変調器の前記複数の領域に投影するように構成される
ことを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の照明装置において、さらに、
前記空間光変調器の前記複数の領域の各々で変調された光の前記標本における強度を変調するための強度変調手段を含む
ことを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項５に記載の照明装置において、
前記強度変調手段は、前記空間光変調器の前記複数の領域の各々で変調される光または変調された光を独立に偏向させるまたは遮断する
ことを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項５に記載の照明装置において、
前記強度変調手段は、前記空間光変調器の前記複数の領域の各々に対応付けられた複数の強度変調素子を含み、
前記複数の強度変調素子の各々が、前記複数の領域のうちの対応付けられた領域で変調される光または変調された光を偏向させるまたは遮断する
ことを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項５に記載の照明装置において、
前記強度変調手段は、前記空間光変調器の前記複数の領域から選択した一つの領域で変調された光を前記照明レンズの瞳に向けて偏向させる光偏向素子である
ことを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の照明装置において、さらに、
前記標本に照射する光の波長を選択するための波長選択手段を含む
ことを特徴とする照明装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の照明装置において、
前記強度変調手段は、前記波長選択手段である
ことを特徴とする照明装置。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の照明装置において、
前記光源から出射された異なる波長を有する複数の光の各々が、前記空間光変調器の前記複数の領域のうちの対応する領域に入射する
ことを特徴とする照明装置。
【請求項１２】
前記照明レンズと、
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の照明装置と、を含む
ことを特徴とする顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置、及び、それを備えた顕微鏡装置に関し、特に、位相変調型の空間光変調器を備えた照明装置、及び、それを備えた顕微鏡装置に関する。
に関する。
【背景技術】
【０００２】
神経化学分野や電気生理分野において、蛍光イメージングと、光刺激による標本操作（例えば、フォトアクチベーション、フォトコンバージョン、細胞機能抑制、活性化）とを組み合わせて生体機能を解明する蛍光観察法が知られている。
【０００３】
このような蛍光観察法では、標本やアプリケーションに合わせて、標本に照射する光パターン（形状、サイズ、スポット数、照射位置）を任意に且つ高速に変更する機能が求められる。標本に照射する光パターンを任意に変更する機能は、対物レンズなどの照明レンズの瞳位置と光学的に共役な位置（以降、瞳共役位置と記す。）に配置された位相変調型の空間光変調器（ＳＬＭ：Spatial Light Modulator、以降、ＳＬＭと記す。）を用いることで実現することが可能であり、そのような技術は、例えば、特許文献１などに開示されている。
【０００４】
照明レンズの瞳共役位置に配置された位相変調型ＳＬＭを備えた装置によれば、位相変調型ＳＬＭが瞳共役位置で入射光の位相を変調して波面を制御することにより、フーリエ変換レンズとして機能する照明レンズを介して、標本面上に任意の光パターンを形成することができる。さらに、照明レンズの光軸方向への照射位置の調整や照明レンズの収差補正を行うことも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−７２２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、照明レンズの瞳共役位置に位相変調型ＳＬＭを備えた装置では、位相変調型ＳＬＭが位相変調型ＳＬＭを構成するピクセルの状態で特定されるパターン（以降、位相変調パターン）を変更することにより、標本に照射する光パターンが変更される。
【０００７】
従って、標本に照射される光パターンの切換速度は、位相変調パターンの切換速度に依存することから、位相変調型ＳＬＭの動作速度によって制限されてしまう。例えば、代表的な位相変調型ＳＬＭである反射型液晶位相変調器（以降、反射型ＬＣＯＳと記す。）の場合であれば、動作速度は一般に３０Ｈｚ程度であるので、通常は、３０Ｈｚを超える高速な光パターンの切換えは困難である。
以上のような実情を踏まえて、本発明では、標本に照射する光パターンを任意に且つ高速に変更する技術を提供することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様は、光源と前記光源からの光を標本に照射する照明レンズの間で、且つ、前記照明レンズの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された、位相変調型の空間光変調器と、前記照明レンズの瞳内の少なくとも１つの領域を、前記空間光変調器の異なる複数の領域に投影する瞳投影光学系と、含む照明装置を提供する。
【０００９】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の照明装置において、前記瞳投影光学系は、前記照明レンズの瞳を、前記空間光変調器の前記複数の領域に投影するように構成される照明装置を提供する。
【００１０】
本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の照明装置において、前記瞳投影光学系は、前記空間光変調器と前記照明レンズの間に配置された、前記空間光変調器の前記複数の領域の各々で変調された光の光路を合成する光路合成手段を含む照明装置を提供する。
【００１１】
本発明の第４の態様は、第１の態様に記載の照明装置において、前記瞳投影光学系は、前記照明レンズの瞳内の複数の領域を、前記空間光変調器の前記複数の領域に投影するように構成される照明装置を提供する。
【００１２】
本発明の第５の態様は、第２の態様乃至第４の態様のいずれか１つに記載の照明装置において、さらに、前記空間光変調器の前記複数の領域の各々で変調された光の前記標本における強度を変調するための強度変調手段を含む照明装置を提供する。
【００１３】
本発明の第６の態様は、第５の態様に記載の照明装置において、前記強度変調手段は、前記空間光変調器の前記複数の領域の各々で変調される光または変調された光を独立に偏向させるまたは遮断する照明装置を提供する。
【００１４】
本発明の第７の態様は、第５の態様に記載の照明装置において、前記強度変調手段は、前記空間光変調器の前記複数の領域の各々に対応付けられた複数の強度変調素子を含み、前記複数の強度変調素子の各々が、前記複数の領域のうちの対応付けられた領域で変調される光または変調された光を偏向させるまたは遮断する照明装置を提供する。
【００１５】
本発明の第８の態様は、第５の態様に記載の照明装置において、前記強度変調手段は、前記空間光変調器の前記複数の領域から選択した一つの領域で変調された光を前記照明レンズの瞳に向けて偏向させる光偏向素子である照明装置を提供する。
【００１６】
本発明の第９の態様は、第５の態様乃至第８の態様のいずれか１つに記載の照明装置において、さらに、前記標本に照射する光の波長を選択するための波長選択手段を含む照明装置を提供する。
【００１７】
本発明の第１０の態様は、第９の態様に記載の照明装置において、前記強度変調手段は、前記波長選択手段である照明装置を提供する。
【００１８】
本発明の第１１の態様は、第９の態様または第１０の態様に記載の照明装置において、前記光源から出射された異なる波長を有する複数の光の各々が、前記空間光変調器の前記複数の領域のうちの対応する領域に入射する照明装置を提供する。
【００１９】
本発明の第１２の態様は、前記照明レンズと、第１の態様乃至第１１の態様のいずれか１つに記載の照明装置と、を含む顕微鏡装置を提供する。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、標本に照射する光パターンを任意に且つ高速に変更する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施例１に係る照明装置の構成を例示した図である。
【図２】本発明の実施例２に係る照明装置の構成を例示した図である。
【図３】本発明の実施例３に係る照明装置の構成を例示した図である。
【図４Ａ】本発明の実施例４に係る顕微鏡装置の構成を例示した図である。
【図４Ｂ】本発明の実施例４に係る顕微鏡装置に含まれる反射型ＬＣＯＳを例示した図である。
【図５】本発明の実施例５に係る顕微鏡装置の構成を例示した図である。
【図６Ａ】本発明の実施例６に係る照明装置の構成の一部を例示した図である。
【図６Ｂ】本発明の実施例６に係る照明装置に含まれる反射型ＬＣＯＳを例示した図である。
【図６Ｃ】本発明の実施例６に係る照明装置によって標本上に形成される光パターンを例示した図である。
【図７Ａ】本発明の実施例７に係る照明装置の構成を例示した図である。
【図７Ｂ】本発明の実施例７に係る照明装置に含まれる反射型ＬＣＯＳを例示した図である。
【図８】本発明の実施例８に係る照明装置の構成の一部を例示した図である。
【図９Ａ】本発明の実施例９に係る照明装置の構成を例示した図である。
【図９Ｂ】本発明の実施例９に係る照明装置に含まれる反射型ＬＣＯＳを例示した図である。
【図９Ｃ】本発明の実施例９に係る照明装置によって標本上に形成される光パターンを例示した図である。
【図１０Ａ】本発明の実施例１０に係る照明装置の構成を例示した図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施例１０に係る照明装置に含まれる光路合成部が光路上に挿入されているときの対物レンズの瞳に入射する光の様子を示した図である。
【図１０Ｃ】本発明の実施例１０に係る照明装置に含まれる光路合成部が光路外に取り除かれているときの対物レンズの瞳に入射する光の様子を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２２】
図１は、本実施例に係る照明装置の構成を例示した図である。図１に例示される照明装置１は、光源２から出射された照明光を対物レンズ１２の瞳と共役な位置に配置された反射型ＬＣＯＳ７で位相変調することで、標本１３上に任意の光パターンを形成する照明装置である。
【００２３】
照明装置１は、直線偏光である照明光を出射する光源２と、照明光の光束径を変更するビームエクスパンダ３と、照明光を分割するハーフミラー４と、ハーフミラー４により分割された照明光の光路の各々に配置された音響光学チューナブルフィルタ（Acousto-Optic Tunable Filter、以降、ＡＯＴＦと記す。ＡＯＴＦ５ａ、ＡＯＴＦ５ｂ）と、照明光の位相を変調する反射型ＬＣＯＳ７と、ハーフミラー４により分割された照明光の光路の一方に配置されたλ／２板６と、を含んでいる。
【００２４】
照明装置１は、さらに、ハーフミラー４で分割された照明光の光路を合成する光路合成手段である偏光ビームスプリッタ（以降、ＰＢＳと記す。）８と、レンズ９ａとレンズ９ｂからなる瞳リレー光学系９と、標本１３を走査するための走査手段であるガルバノミラー１０と、レンズ１１ａとレンズ１１ｂからなる瞳リレー光学系１１と、照明光を標本１３に照射する対物レンズ１２と、を含んでいる。
【００２５】
ここで、対物レンズ１２の瞳位置１２ｐと、ガルバノミラー１０と、反射型ＬＣＯＳ７は、互いに光学的に共役な関係を有している。即ち、照明装置１では、瞳リレー光学系９は、反射型ＬＣＯＳ７をガルバノミラー１０に投影するように構成され、瞳リレー光学系１１は、ガルバノミラー１０を対物レンズ１２の瞳に投影するように構成されている。
【００２６】
光源２は、例えば、レーザである。ただし、可干渉性を有する照明光を出射する光源であれば、レーザに限られない。例えば、レーザの代わりに、高強度の光を出射するランプ光源とピンホールの組み合わせを用いてもよい。
【００２７】
ビームエクスパンダ３は、照明光の光束径を一定の倍率で変更するものに限られず、照明光の光束径を任意の倍率で変更するビーム径可変光学系として構成されてもよい。この場合、ビームエクスパンダ３を構成するレンズの少なくとも一つが光軸方向に移動するように構成される。
【００２８】
ハーフミラー４は、反射型ＬＣＯＳ７内の異なる複数の領域（領域Ｒ１と領域Ｒ２）に照明光を照射するために、照明光を分割する手段である。なお、光源２から複数の波長の光が出射される場合であれば、ハーフミラー４の代わりに、ダイクロイックミラーを用いてもよい。
【００２９】
ＡＯＴＦ５ａは、領域Ｒ１で位相変調された照明光の標本１３における強度を変調するために、ハーフミラー４を透過した領域Ｒ１で変調される照明光の強度を変調するように構成されている。一方、ＡＯＴＦ５ｂは、領域Ｒ２で位相変調された照明光の標本１３における強度を変調するために、ハーフミラー４を反射した領域Ｒ２で変調される照明光の強度を変調するように構成されている。即ち、ＡＯＴＦ５ａ及びＡＯＴＦ５ｂは、反射型ＬＣＯＳ７の異なる複数の領域（領域Ｒ１と領域Ｒ２）の各々で変調された光の標本１３における強度を変調するための強度変調手段であり、ＡＯＴＦ５ａは領域Ｒ１に対応付けられた強度変調素子であり、ＡＯＴＦ５ｂは領域Ｒ２に対応付けられた強度変調素子である。ここで、強度変調には、光を完全に遮断することも含まれる。従って、ＡＯＴＦ５ａ及びＡＯＴＦ５ｂは、光学的なシャッターとしても機能する。ＡＯＴＦ５ａ及びＡＯＴＦ５ｂは、強度変調機能に加えて、波長選択機能も備えている。従って、光源２から複数の波長の光が出射される場合であれば、ＡＯＴＦ５ａ及びＡＯＴＦ５ｂは、所望の波長を選択する波長選択手段として用いられてもよい。なお、ＡＯＴＦ５ａ及びＡＯＴＦ５ｂは、光源２と反射型ＬＣＯＳ７の間に配置されているが、反射型ＬＣＯＳ７とＰＢＳ８の間に配置されてもよい。
【００３０】
λ／２板６は、光源２から出射された直線偏光である照明光に位相差を１８０度与えて偏光方向を変換する偏光方向変換手段である。λ／２板６は、図１に示されるように、領域Ｒ１とＰＢＳ８の間の光路上に配置されていて、ハーフミラー４で分割された照明光のうちのハーフミラー４を透過し領域Ｒ１から射出する照明光にのみ作用する。これにより、領域Ｒ１から射出する照明光の偏光面と領域Ｒ２から射出する照明光の偏光面は互いに直交することになる。これにより照明光を効率よく利用できる。
【００３１】
反射型ＬＣＯＳ７は、光源２と対物レンズ１２の間で且つ瞳位置１２ｐと光学的に共役な位置に配置された、入射光の位相を変調する位相変調型ＳＬＭであり、各々が独立して入射光の位相を変調する複数のピクセルからなるピクセル構造を有している。反射型ＬＣＯＳ７の各ピクセルの状態を制御することで、即ち、ピクセルの状態で特定される位相変調パターンを制御することで、反射型ＬＣＯＳ７は各ピクセルに入射した照明光の位相をそれぞれ独立に変調することができる。なお、ここでは、対物レンズ１２の瞳共役位置に配置する位相変調型ＳＬＭとして反射型ＬＣＯＳ７を例示したが、位相変調型ＳＬＭは、液晶を用いた位相変調器に限られず、例えば、ミラーの駆動により光路長差を生じさせるデフォーマブルミラーなどであってもよい。また、位相変調型ＳＬＭは、反射型の位相変調器に限られず、透過型の液晶位相変調器（以降、透過型ＬＣＯＳ）であってもよい。
【００３２】
ＰＢＳ８は、反射型ＬＣＯＳ７と対物レンズ１２の間に配置された、反射型ＬＣＯＳ７の複数の領域（領域Ｒ１、領域Ｒ２）の各々で変調された照明光の光路を合成する光路合成手段である。より具体的には、ＰＢＳ８は、偏光方向の違いを利用して、領域Ｒ１で変調された照明光と領域Ｒ２で変調された照明光を効率よく合成するものである。従って、ＰＢＳ８は、光路合成手段であるとともに光合成手段でもある。なお、ここでは、光路合成手段としてＰＢＳ８を例示したが、光路合成手段は、ＰＢＳ８に限られず、例えば、複屈折素子であってもよい。
【００３３】
ガルバノミラー１０は、対物レンズ１２の光軸に直交するＸＹ平面内で標本１３を２次元に走査するための走査手段である。なお、ここでは、対物レンズ１２の瞳共役位置に配置する走査手段としてガルバノミラー１０を例示したが、走査手段は、ガルバノミラー１０に限られず、例えば、音響光学偏向素子（ＡＯＤ：Acoustic Optical Deflector）などであってもよい。
【００３４】
瞳リレー光学系９と瞳リレー光学系１１は、対物レンズ１２の瞳を反射型ＬＣＯＳ７上に投影する光学系であり、さらに、光路合成手段であるＰＢＳ８を加えることで、対物レンズ１２の瞳が反射型ＬＣＯＳ７の領域Ｒ１と領域Ｒ２にそれぞれ投影される。即ち、ＰＢＳ８と瞳リレー光学系９と瞳リレー光学系１１は、対物レンズ１２の瞳を反射型ＬＣＯＳ７の異なる複数の領域（領域Ｒ１、領域Ｒ２）に投影する瞳投影光学系である。
【００３５】
以上のように構成された照明装置１では、光源２から出射された直線偏光である照明光は、ビームエクスパンダ３で対物レンズ１２の瞳径に合わせてその光束径が調整された後に、ハーフミラー４で分割される。分割された照明光の一方はＡＯＴＦ５ａを介して入射する反射型ＬＣＯＳ７の領域Ｒ１で位相変調され、他方はＡＯＴＦ５ｂを介して入射する反射型ＬＣＯＳ７の領域Ｒ２で位相変調される。領域Ｒ１で位相変調された照明光はλ／２板６を通過しその偏光面は領域Ｒ２で位相変調された照明光の偏光面と直交しているため、それらはＰＢＳ８で合成される。その後、各々の領域（領域Ｒ１と領域Ｒ２）で位相変調された照明光は、瞳リレー光学系９、ガルバノミラー１０、瞳リレー光学系１１を介して対物レンズ１２に入射する。対物レンズ１２は、領域Ｒ１で位相変調された照明光から領域Ｒ１に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンを標本１３に形成し、領域Ｒ２で位相変調された照明光から領域Ｒ２に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンを標本１３に形成する。
【００３６】
従って、照明装置１では、ＡＯＴＦ５ａ及びＡＯＴＦ５ｂを制御することで、領域Ｒ１にのみ照明光が照射される状態（第１の状態）と、領域Ｒ２にのみ照明光が照射される状態（第２の状態）と、領域Ｒ１と領域Ｒ２の両方に照明光が照射される状態（第３の状態）とが切換わり、標本１３の光パターンも切換わる。具体的には、第１の状態では、領域Ｒ１に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンが標本１３に形成され、第２の状態では、領域Ｒ２に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンが標本１３に形成され、第３の状態では、領域Ｒ１に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンと領域Ｒ２に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンとが重なったパターンが標本１３に形成される。
【００３７】
照明装置１によれば、反射型ＬＣＯＳ７に比べて高速に動作するＡＯＴＦ５ａ及びＡＯＴＦ５ｂを制御して、照明光により標本１３に投影される反射型ＬＣＯＳ７の領域を切換えることで、反射型ＬＣＯＳ７の位相変調パターンを変更することなく、３つの光パターンを切換えることができる。このため、従来と比べて３つの光パターンを形成するために反射型ＬＣＯＳ７が必要とするデータ量が３分の１で済み、且つ、従来と比べて標本１３に照射する光パターンを少なくとも３倍高速に変更することができる。また、これらの３つのパターンのみを切換えて使用する場合であれば、反射型ＬＣＯＳ７に位相変調パターンを一度形成すれば、その後は反射型ＬＣＯＳ７を動作させて位相変調パターンを切換える必要がない。このため、反射型ＬＣＯＳ７の動作速度の制約を全く受けることなく、高速な光パターンの切換えが可能である。従って、照明装置１によれば、標本に照射する光パターンを任意に且つ高速に変更することができる。
【００３８】
また、照明装置１では、光パターンを位相変調型ＳＬＭである反射型ＬＣＯＳ７で制御しているため、デジタルミラーデバイスなどの強度変調型ＳＬＭで制御する場合に比べて、光を効率的に利用することができる。さらに、照明装置１では、ビームエクスパンダ３をビーム径可変光学系として構成することで、反射型ＬＣＯＳ７に照射される照明光の光束径を調整することができる。従って、瞳径の異なる対物レンズが用いられた場合であっても、照明光の光束径を可変して対物レンズの瞳を満たすことができるため、対物レンズによらず明るい照明が実現できる。
【００３９】
なお、照明装置１では、反射型ＬＣＯＳ７の２つ領域を対物レンズ１２の瞳に投影する例を示したが、反射型ＬＣＯＳ７の３つ以上の領域を対物レンズ１２の瞳に投影してもよい。
【実施例２】
【００４０】
図２は、本実施例に係る照明装置の構成を例示した図である。図２に例示される照明装置２０は、光源（光源２１ａ、光源２１ｂ）から出射された照明光を対物レンズ１２の瞳と共役な位置に配置された透過型ＬＣＯＳ２３で位相変調することで、標本１３上に任意の光パターンを形成する照明装置である。
【００４１】
照明装置２０は、複数の光源（光源２１ａ、光源２１ｂ）を含む点、反射型ＬＣＯＳ７の代わりに透過型ＬＣＯＳ２３を含む点、光路合成手段としてＰＢＳ８の代わりにダイクロイックミラー２４を含む点が、図１に例示される照明装置１と異なっている。その他の構成は、図１に例示される照明装置１の構成と同様である。図２では、照明装置１と同一の構成要素には同一の符号を付している。なお、照明装置２０では、説明の簡素化のため、ビームエクスパンダが省略されているが、照明装置２０は、図１に例示される照明装置１と同様に、光源と透過型ＬＣＯＳ２３との間にビームエクスパンダを備えてもよい。
【００４２】
以上のように構成された照明装置２０では、光源２１ａから出射された照明光はＡＯＴＦ２２ａを介して入射する透過型ＬＣＯＳ２３の領域Ｒ３で位相変調され、光源２１ｂから出射された照明光はＡＯＴＦ２２ｂを介して入射する透過型ＬＣＯＳ２３の領域Ｒ４で位相変調される。光源２１ａから出射された照明光と光源２１ｂから出射された照明光は異なる波長を有しているため、それらはダイクロイックミラー２４で合成される。その後、各々の領域（領域Ｒ３と領域Ｒ４）で位相変調された照明光は、瞳リレー光学系９、ガルバノミラー１０、瞳リレー光学系１１を介して対物レンズ１２に入射する。対物レンズ１２は、領域Ｒ３で位相変調された照明光から領域Ｒ３に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンを標本１３に形成し、領域Ｒ４で位相変調された照明光から領域Ｒ４に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンを標本１３に形成する。
【００４３】
従って、照明装置２０では、ＡＯＴＦ２２ａ及びＡＯＴＦ２２ｂを制御することで、領域Ｒ３にのみ照明光が照射される状態（第１の状態）と、領域Ｒ４にのみ照明光が照射される状態（第２の状態）と、領域Ｒ３と領域Ｒ４の両方に照明光が照射される状態（第３の状態）とが切換わり、標本１３上に形成される光パターンも切換わる。具体的には、第１の状態では、領域Ｒ３に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンが標本１３に形成され、第２の状態では、領域Ｒ４に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンが標本１３に形成され、第３の状態では、領域Ｒ３に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンと領域Ｒ４に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンとが重なったパターンが標本１３に形成される。
【００４４】
照明装置２０によれば、図１に例示される照明装置１と同様に、標本に照射する光パターンを任意に且つ高速に変更することができる。また、照明装置２０では、デジタルミラーデバイスなどの強度変調型ＳＬＭで制御する場合に比べて、光を効率的に利用することができる点についても、照明装置１と同様である。
【００４５】
なお、照明装置２０でも、透過型ＬＣＯＳ２３の２つ領域を対物レンズ１２の瞳に投影する例を示したが、透過型ＬＣＯＳ２３の３つ以上の領域を対物レンズ１２の瞳に投影してもよい。また、照明装置２０では、光路合成手段としてダイクロイックミラー２４を例示したが、光路合成手段は、ダイクロイックミラー２４に限られず、例えば、λ／２板と複屈折素子であってもよい。
【実施例３】
【００４６】
図３は、本実施例に係る照明装置の構成を例示した図である。図３に例示される照明装置３０は、光源２から出射された照明光を対物レンズ１２の瞳と共役な位置に配置された反射型ＬＣＯＳ７で位相変調することで、また、光源２１ａ及び光源２１ｂから出射された照明光を対物レンズ１２の瞳と共役な位置に配置された透過型ＬＣＯＳ２３で位相変調することで、標本１３上に任意の光パターンを形成する照明装置である。
【００４７】
照明装置３０は、図１に例示される照明装置１と図２に例示される照明装置２０を組み合わせた照明装置である。照明装置３０では、各光源（光源２、光源２１ａ、光源２１ｂ）から出射される照明光の波長が異なることから、反射型ＬＣＯＳ７で位相変調された照明光と透過型ＬＣＯＳ２３で位相変調された照明光をダイクロイックミラー３１で合成する。即ち、照明装置３０では、ＰＢＳ８、ダイクロイックミラー２４、ダイクロイックミラー３１が光路合成手段として機能する。
【００４８】
照明装置３０では、ＡＯＴＦ５ａ、ＡＯＴＦ５ｂ、ＡＯＴＦ２２ａ及びＡＯＴＦ２２ｂを制御して領域Ｒ１から領域Ｒ４への照明光の照射を任意に制御することで、合計１５個（＝４Ｃ１＋４Ｃ２＋４Ｃ３＋４Ｃ４）の状態が切換わり、標本１３上には、各状態に応じた光パターンが形成される。
【００４９】
照明装置３０によれば、標本に照射する光パターンを、図１に例示される照明装置１及び図２に例示される照明装置２０に比べて、さらに任意に且つ高速に変更することができる。その他の効果については、照明装置１と照明装置２０と同様である。
【実施例４】
【００５０】
図４Ａは、本実施例に係る顕微鏡装置の構成を例示した図である。図４Ｂは、本実施例に係る顕微鏡装置に含まれる反射型ＬＣＯＳを例示した図である。図４Ａに例示される顕微鏡装置４０は、光源（チタンサファイアレーザ４１ａ、チタンサファイアレーザ４１ｂ）から出射されたレーザ光を対物レンズ５１の瞳と共役な位置に配置された反射型ＬＣＯＳ４５で位相変調することで標本５２上に任意の光パターンを形成するとともに、レーザ光で励起された標本５２からの蛍光を検出して標本５２を観察するレーザ走査型顕微鏡装置である。即ち、顕微鏡装置４０は、任意の光パターンを形成する照明装置を含むレーザ走査型顕微鏡装置である。
【００５１】
顕微鏡装置４０は、異なる波長のレーザ光（照明光）を出射するチタンサファイアレーザ４１ａ、チタンサファイアレーザ４１ｂと、チタンサファイアレーザ４１ａ、チタンサファイアレーザ４１ｂから出射されたレーザ光の光路の各々に配置されたＡＯＴＦ４２ａ、ＡＯＴＦ４２ｂと、チタンサファイアレーザ４１ａ、チタンサファイアレーザ４１ｂから出射されたレーザ光の光路の各々に配置されたビームエクスパンダ４３ａ、ビームエクスパンダ４３ｂと、レーザ光を反射型ＬＣＯＳ４５に向けて反射させるプリズム４４と、レーザ光の位相を変調する反射型ＬＣＯＳ４５と、を含んでいる。
【００５２】
顕微鏡装置４０は、さらに、チタンサファイアレーザ４１ａ、チタンサファイアレーザ４１ｂから出射されたレーザ光の光路を合成する光路合成手段であるダイクロイックミラー４６と、瞳リレー光学系４７と、標本５２を走査するための走査手段であるガルバノミラー４８と、瞳リレー光学系４９と、レーザ光を透過させて標本５２からの蛍光を反射させるダイクロイックミラー５０と、レーザ光を標本５２に照射する対物レンズ５１と、を含んでいる。
【００５３】
顕微鏡装置４０は、ダイクロイックミラー５０の反射光路上に、瞳リレー光学系５３と、赤外領域の波長の光を遮断するＩＲカットフィルタ５４と、蛍光を電気信号に変換する光検出器である光電子増倍管５５（ＰＭＴ：Photomultiplier、以降、ＰＭＴと記す。）と、を含んでいる。
【００５４】
また、顕微鏡装置４０は、少なくとも、チタンサファイアレーザ４１ａ、チタンサファイアレーザ４１ｂ、ＡＯＴＦ４２ａ、ＡＯＴＦ４２ｂ及び反射型ＬＣＯＳ４５と電気的に接続された制御ユニット５６を含み、制御ユニット５６がこれらの接続された素子の動作を制御する。
【００５５】
ここで、対物レンズ５１の瞳位置５１ｐと、ガルバノミラー４８と、反射型ＬＣＯＳ４５は、互いに光学的に共役な関係を有している。即ち、顕微鏡装置４０では、瞳リレー光学系４７は、反射型ＬＣＯＳ４５をガルバノミラー４８に投影するように構成され、瞳リレー光学系４９は、ガルバノミラー４８を対物レンズ５１の瞳に投影するように構成されている。さらに、対物レンズ５１の瞳位置５１ｐとＰＭＴ５５は、互いにおよそ光学的に共役な関係を有していることが望ましい。これにより、顕微鏡装置４０では、ＰＭＴ５５が、標本５２の任意の領域から生じる蛍光を検出することができる。
【００５６】
チタンサファイアレーザ４１ａ、チタンサファイアレーザ４１ｂの代わりに、可干渉性を有する照明光を出射する他の光源を用いてもよく、例えば、高強度の光を出射するランプ光源とピンホールの組み合わせを用いてもよい。
【００５７】
ＡＯＴＦ４２ａは、図４Ｂに例示される反射型ＬＣＯＳ４５の領域Ｒ１で位相変調された照明光の標本５２における強度を変調するために、領域Ｒ１で変調されるレーザ光の強度を変調するように構成されている。一方、ＡＯＴＦ４２ｂは、図４Ｂに例示される反射型ＬＣＯＳ４５の領域Ｒ２で位相変調されたレーザ光の標本５２における強度を変調するために、領域Ｒ２で変調されるレーザ光の強度を変調するように構成されている。即ち、ＡＯＴＦ４２ａ及びＡＯＴＦ４２ｂは、反射型ＬＣＯＳ４５の異なる複数の領域（領域Ｒ１と領域Ｒ２）の各々で変調された光の標本５２における強度を変調するための強度変調手段である。ここで、強度変調には、光を完全に遮断することも含まれる。従って、ＡＯＴＦ４２ａ及びＡＯＴＦ４２ｂは、光学的なシャッターとしても機能する。なお、ＡＯＴＦ４２ａ及びＡＯＴＦ４２ｂは、強度変調機能に加えて、波長選択機能も備えている。従って、チタンサファイアレーザ４１ａ、チタンサファイアレーザ４１ｂから複数の波長の光が出射される場合であれば、ＡＯＴＦ４２ａ、ＡＯＴＦ４２ｂは、所望の波長を選択する波長選択手段として用いられてもよい。
【００５８】
ビームエクスパンダ４３ａ、ビームエクスパンダ４３ｂは、レーザ光の光束径を一定の倍率で変更するものに限られず、レーザ光の光束径を任意の倍率で変更するビーム径可変光学系として構成されてもよい。この場合、ビームエクスパンダ４３ａ、ビームエクスパンダ４３ｂを構成するレンズの少なくとも一つが光軸方向に移動するように構成される。
【００５９】
反射型ＬＣＯＳ４５は、光源（チタンサファイアレーザ４１ａ、チタンサファイアレーザ４１ｂ）と対物レンズ５１の間で且つ瞳位置５１ｐと光学的に共役な位置に配置された、入射光の位相を変調する位相変調型ＳＬＭであり、各々が独立して入射光の位相を変調する複数のピクセルからなるピクセル構造を有している。反射型ＬＣＯＳ４５のピクセルの状態で特定される位相変調パターンを制御することで、反射型ＬＣＯＳ４５は各ピクセルに入射した照明光の位相をそれぞれ独立に変調することができる。なお、ここでは、対物レンズ５１の瞳共役位置に配置する位相変調型ＳＬＭとして反射型ＬＣＯＳ４５を例示したが、位相変調型ＳＬＭは、液晶を用いた位相変調器に限られず、例えば、ミラーの駆動により光路長差を生じさせるデフォーマブルミラーなどであってもよい。また、位相変調型ＳＬＭは、反射型の位相変調器に限られず、透過型の液晶位相変調器（以降、透過型ＬＣＯＳ）であってもよい。
【００６０】
ダイクロイックミラー４６は、反射型ＬＣＯＳ４５と対物レンズ５１の間に配置された、反射型ＬＣＯＳ４５の複数の領域（領域Ｒ１、領域Ｒ２）の各々で変調されたレーザ光の光路を合成する光路合成手段である。より具体的には、ダイクロイックミラー４６は、領域Ｒ１で変調されたレーザ光と領域Ｒ２で変調されたレーザ光の波長の違いを利用して、領域Ｒ１で変調されたレーザ光と領域Ｒ２で変調されたレーザ光を合成するものである。従って、ダイクロイックミラー４６は、光路合成手段であるとともに光合成手段でもある。なお、チタンサファイアレーザ４１ａとチタンサファイアレーザ４１ｂが異なる偏光方向を有する偏光を出射する場合には、光路合成手段としてダイクロイックミラー４６の代わりにＰＢＳを用いてもよい。
【００６１】
ガルバノミラー４８は、対物レンズ５１の光軸に直交するＸＹ平面内で標本５２を２次元に走査するための走査手段である。なお、ここでは、対物レンズ５１の瞳共役位置に配置する走査手段としてガルバノミラー４８を例示したが、走査手段は、ガルバノミラー４８に限られず、例えば、音響光学偏向素子（ＡＯＤ：Acoustic Optical Deflector）などであってもよい。
【００６２】
瞳リレー光学系４７と瞳リレー光学系４９は、対物レンズ５１の瞳を反射型ＬＣＯＳ４５上に投影する光学系であり、さらに、光路合成手段であるダイクロイックミラー４６を加えることで、対物レンズ５１の瞳が反射型ＬＣＯＳ４５の領域Ｒ１と領域Ｒ２にそれぞれ投影される。即ち、ダイクロイックミラー４６と瞳リレー光学系４７と瞳リレー光学系４９は、対物レンズ５１の瞳を反射型ＬＣＯＳ４５の異なる複数の領域（領域Ｒ１、領域Ｒ２）に投影する瞳投影光学系である。
【００６３】
以上のように構成された顕微鏡装置４０では、チタンサファイアレーザ４１ａから出射されたレーザ光は、ＡＯＴＦ４２ａを介して入射するビームエクスパンダ４３ａで対物レンズ５１の瞳径に合わせてその光束径が調整された後に、プリズム４４を反射し、反射型ＬＣＯＳ４５の領域Ｒ１に入射して位相変調される。また、チタンサファイアレーザ４１ｂから出射されたレーザ光は、ＡＯＴＦ４２ｂを介して入射するビームエクスパンダ４３ｂで対物レンズ５１の瞳径に合わせてその光束径が調整された後に、プリズム４４を反射して、反射型ＬＣＯＳ４５の領域Ｒ２に入射して位相変調される。
【００６４】
領域Ｒ１で位相変調されたレーザ光の波長は領域Ｒ２で位相変調されたレーザ光の波長と異なるため、それらはダイクロイックミラー４６で合成される。その後、各々の領域（領域Ｒ１と領域Ｒ２）で位相変調されたレーザ光は、瞳リレー光学系４７、ガルバノミラー４８、瞳リレー光学系４９、ダイクロイックミラー５０を介して対物レンズ５１に入射する。対物レンズ５１は、領域Ｒ１で位相変調されたレーザ光から領域Ｒ１に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンを標本５２に形成し、領域Ｒ２で位相変調されたレーザ光から領域Ｒ２に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンを標本５２に形成する。
【００６５】
なお、レーザ光が照射された標本５２は、標本５２中の蛍光物質が励起されることで、蛍光を発する。標本５２から発せられた蛍光は、標本５２を介して入射するダイクロイックミラー５０を反射し、さらに瞳リレー光学系５３を介してＰＭＴ５５に入射する。この際、ＩＲカットフィルタ５４を通過することで赤外線領域の波長を有するレーザ光が遮断される。
【００６６】
顕微鏡装置４０では、ＡＯＴＦ４２ａ及びＡＯＴＦ４２ｂを制御することで、領域Ｒ１にのみレーザ光が照射される状態（第１の状態）と、領域Ｒ２にのみレーザ光が照射される状態（第２の状態）と、領域Ｒ１と領域Ｒ２の両方にレーザ光が照射される状態（第３の状態）とが切換わり、標本５２の光パターンも切換わる。具体的には、第１の状態では、領域Ｒ１に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンが標本５２に形成され、第２の状態では、領域Ｒ２に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンが標本５２に形成され、第３の状態では、領域Ｒ１に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンと領域Ｒ２に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンとが重なったパターンが標本５２に形成される。
【００６７】
顕微鏡装置４０によれば、標本５２を観察するとともに、図１に例示される照明装置１と同様に、標本に照射する光パターンを任意に且つ高速に変更することができる。また、顕微鏡装置４０では、デジタルミラーデバイスなどの強度変調型ＳＬＭで制御する場合に比べて光を効率的に利用することができる点、対物レンズによらず明るい照明が実現することができる点についても、照明装置１と同様である。
【００６８】
なお、顕微鏡装置４０では、反射型ＬＣＯＳ４５の２つ領域を対物レンズ５１の瞳に投影する例を示したが、反射型ＬＣＯＳ４５の３つ以上の領域を対物レンズ５１の瞳に投影してもよい。
【実施例５】
【００６９】
図５は、本実施例に係る顕微鏡装置の構成を例示した図である。図５に例示される顕微鏡装置６０は、光源（チタンサファイアレーザ４１ａ、チタンサファイアレーザ４１ｂ）から出射されたレーザ光を対物レンズ５１の瞳と共役な位置に配置された反射型ＬＣＯＳ４５で位相変調することで標本５２上に任意の光パターンを形成し、且つ、光源（レーザダイオード６１ａ、レーザダイオード６１ｂ）から出射されたレーザ光をコンデンサレンズ６６の瞳と共役な位置に配置されたデフォーマブルミラー６２で位相変調することで標本５２上に任意の光パターンを形成する。また、レーザ光で励起された標本５２からの蛍光を検出して標本５２を観察する。即ち、顕微鏡装置６０は、任意の光パターンを形成する照明装置を含むレーザ走査型顕微鏡装置である。
【００７０】
顕微鏡装置６０は、透過照明装置を含む点が、図４Ａに例示される顕微鏡装置４０と異なっている。その他の構成は、図４Ａに例示される顕微鏡装置４０の構成と同様である。図５では、顕微鏡装置４０と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【００７１】
顕微鏡装置６０の透過照明装置は、図５に例示されるように、異なる波長のレーザ光（照明光）を出射するレーザダイオード（レーザダイオード６１ａ、レーザダイオード６１ｂ）と、レーザ光の位相を変調するデフォーマブルミラー６２と、デフォーマブルミラー６２の領域Ｒ３で位相変調されたレーザ光と領域Ｒ４で位相変調されたレーザ光とを合成するダイクロイックミラー６３と、領域Ｒ３、領域Ｒ４をそれぞれコンデンサレンズ６６の瞳に投影するレンズ６４と、コンデンサレンズ６６の光軸に対して挿脱自在に配置されたミラー６５と、レーザ光を標本５２に照射するコンデンサレンズ６６と、ハロゲン光源６７と、少なくともレーザダイオードとデフォーマブルミラー６２を制御する制御ユニット６８と、を含んでいる。
【００７２】
デフォーマブルミラー６２は、レーザダイオード（レーザダイオード６１ａ、レーザダイオード６１ｂ）とコンデンサレンズ６６の間で且つ瞳位置６６ｐと光学的に共役な位置に配置された、入射光の位相を変調する位相変調型ＳＬＭであり、各々が独立して入射光の位相を変調する複数のピクセルからなるピクセル構造を有している。
【００７３】
ミラー６５をコンデンサレンズ６６の光軸に対して挿脱することで、ハロゲン光源６７からの光が標本５２に照射される状態と、レーザダイオード（レーザダイオード６１ａ、レーザダイオード６１ｂ）からの光が標本５２に照射される状態を切換えることができる。
【００７４】
なお、レーザダイオードは制御ユニット６８の制御によりレーザの出力を自在に変更することができる。このため、透過照明装置では、ＡＯＴＦなどのシャッター機能を有する光学素子が省略されている。
【００７５】
顕微鏡装置６０では、ＡＯＴＦ４２ａ、ＡＯＴＦ４２ｂ、レーザダイオード６１ａ及びレーザダイオード６１ｂを制御して領域Ｒ１から領域Ｒ４への照明光の照射を任意に制御することで、合計１５個（＝４Ｃ１＋４Ｃ２＋４Ｃ３＋４Ｃ４）の状態が切換わり、標本５２上には、各状態に応じた光パターンが形成される。
【００７６】
顕微鏡装置６０によれば、標本に照射する光パターンを、図４Ａに例示される顕微鏡装置４０に比べて、さらに任意に且つ高速に変更することができる。その他の効果については、顕微鏡装置４０と同様である。
【実施例６】
【００７７】
図６Ａは、本実施例に係る照明装置の構成の一部を例示した図である。図６Ｂは、本実施例に係る照明装置に含まれる反射型ＬＣＯＳを例示した図である。図６Ｃは、本実施例に係る照明装置によって標本上に形成される光パターンを例示した図である。図６Ａに例示される照明装置７０は、図示しない光源から出射された照明光を対物レンズ７６の瞳と共役な位置に配置された反射型ＬＣＯＳ７３で位相変調することで、標本７７上に任意の光パターンを形成する照明装置である。
【００７８】
光源から出射された照明光は、図６Ａに例示されるように、スプリッタ７１で分割される。分割された照明光の各々は、ＡＯＴＦ（ＡＯＴＦ７２ａ、ＡＯＴＦ７２ｂ）を介して、図６Ｂに例示される反射型ＬＣＯＳ７３上の異なる領域（領域Ｒ１、領域Ｒ２）で位相変調される。各領域で変調された照明光は、プリズム７４により合成されて、瞳リレー光学系７５を介して対物レンズ７６に入射する。反射型ＬＣＯＳ７３と対物レンズ７６は、互いに光学的に共役な関係を有している。このため、反射型ＬＣＯＳ７３の領域Ｒ１の位相変調パターンが対物レンズ７６の瞳に投影されて、領域Ｒ１の位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンが標本７７に形成される。また、反射型ＬＣＯＳ７３の領域Ｒ２の位相変調パターンが対物レンズ７６の瞳に投影されて、領域Ｒ２の位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンが標本７７に形成される。従って、領域Ｒ１に文字“Ａ”に対応する位相変調パターンを形成し、領域Ｒ２に文字“Ｂ”に対応する位相変調パターンを形成することで、図６Ｃに例示されるように、標本７７上に文字“Ａ”と文字“Ｂ”を重ねた光パターンを形成することができる。
【００７９】
ここで、本実施例に係る照明装置７０では、反射型ＬＣＯＳ７３の領域Ｒ１と領域Ｒ２が、図６Ｂに例示されるように、光の入射方向に沿って並んでいる。このため、領域Ｒ１から対物レンズ７６の瞳までの距離と領域Ｒ２から対物レンズ７６の瞳までの距離とが異なっている。そこで、領域Ｒ１で変調された照明光のみが内部を通過するようにプリズム７４を配置することで、領域Ｒ１から対物レンズの瞳までの光学的光路長と領域Ｒ２から対物レンズの瞳までの光学的光路長とが等しくなるように補償されている。
【００８０】
照明装置７０によれば、図１に例示される照明装置１と同様に、標本に照射する光パターンを任意に且つ高速に変更することができる。また、照明装置７０では、デジタルミラーデバイスなどの強度変調型ＳＬＭで制御する場合に比べて、光を効率的に利用することができる点についても、照明装置１と同様である。
【００８１】
また、領域Ｒ１と領域Ｒ２が光の進行方向に並んでいるため、領域Ｒ１で変調された照明光の光路と領域Ｒ２で変調された照明光の光路を、図６Ａに例示されるようなプリズムにより合成することができる。従って、波長の違いを利用するダイクロイックミラー、偏光方向の違いを利用するＰＢＳ、さらに、ハーフミラーなどを用いることなく、光路を合成することが可能であり、照明光の光量損失を最小限に抑えることができる。
【００８２】
なお、照明装置７０でも、反射型ＬＣＯＳ７３の２つ領域を対物レンズ７６の瞳に投影する例を示したが、反射型ＬＣＯＳ７３の３つ以上の領域を対物レンズ７６の瞳に投影してもよい。
【実施例７】
【００８３】
図７Ａは、本実施例に係る照明装置の構成を例示した図である。図７Ｂは、本実施例に係る照明装置に含まれる反射型ＬＣＯＳを例示した図である。図７Ａに例示される照明装置８０は、レーザユニット８１から出射されたレーザ光を対物レンズ９３の瞳と共役な位置に配置された反射型ＬＣＯＳ８９で位相変調することで、標本９４上に任意の光パターンを形成する照明装置である。
【００８４】
照明装置８０は、レーザ光を出射するレーザユニット８１と、光ファイバ８４と、レーザ光をコリメートするレンズ８５と、ハーフミラー８６と、レーザ光を波長毎に分散させる回折格子８７及び回折格子８８と、レーザ光の位相を変調する反射型ＬＣＯＳ８９と、瞳リレー光学系９０と、標本９４を走査するための走査手段であるガルバノミラー９１と、瞳リレー光学系９２と、レーザ光を標本９４に照射する対物レンズ９３と、を含んでいる。
【００８５】
レーザユニット８１は、異なる波長のレーザ光を出射する複数のレーザ（レーザ８２ｒ、レーザ８２ｇ、レーザ８２ｂ）と、複数のレーザからのレーザ光を選択的に透過させるＡＯＴＦ８３とを含んでいる。
【００８６】
ここで、対物レンズ９３の瞳位置９３ｐと、ガルバノミラー９１と、反射型ＬＣＯＳ８９は、互いに光学的に共役な関係を有している。即ち、照明装置８０では、瞳リレー光学系９０は、反射型ＬＣＯＳ８９をガルバノミラー９１に投影するように構成され、瞳リレー光学系９２は、ガルバノミラー９１を対物レンズ９３の瞳に投影するように構成されている。
【００８７】
回折格子８７及び回折格子８８は、反射型ＬＣＯＳ８９内の異なる複数の領域（図７Ｂの領域Ｒ１、領域Ｒ２、領域Ｒ３）にレーザ光を照射するために、レーザ光を分割する手段である。また、回折格子８７及び回折格子８８は、反射型ＬＣＯＳ８９と対物レンズ９３の間に配置された、反射型ＬＣＯＳ８９の複数の領域（領域Ｒ１、領域Ｒ２、領域Ｒ３）の各々で変調されたレーザ光の光路を合成する光路合成手段であり、複数の領域（領域Ｒ１、領域Ｒ２、領域Ｒ３）の各々で変調されたレーザ光を合成する光合成手段である。なお、回折格子８７及び回折格子８８は、例えば、レーザ光の入射角を変更するために回転自在に配置されたＶＰＨ (Volume Phase Holographic) グレーティングであってもよい。ＶＰＨグレーティングの場合であれば、レーザ光の波長に応じて入射角を最適化することで、光の利用効率を向上させることができる。
【００８８】
反射型ＬＣＯＳ８９は、レーザユニット８１と対物レンズ９３の間で且つ瞳位置９３ｐと光学的に共役な位置に配置された、入射光の位相を変調する位相変調型ＳＬＭであり、各々が独立して入射光の位相を変調する複数のピクセルからなるピクセル構造を有している。
【００８９】
ガルバノミラー９１は、対物レンズ９３の光軸に直交するＸＹ平面内で標本９４を２次元に走査するための走査手段である。ガルバノミラー９１の代わりに、例えば、音響光学偏向素子（ＡＯＤ：Acoustic Optical Deflector）などを用いてもよい。
【００９０】
瞳リレー光学系９０と瞳リレー光学系９２は、対物レンズ９３の瞳面を反射型ＬＣＯＳ８９上に投影する光学系であり、さらに、光路合成手段である回折格子８７及び回折格子８８を加えることで、対物レンズ９３の瞳が反射型ＬＣＯＳ８９の領域Ｒ１、領域Ｒ２、領域Ｒ３にそれぞれ投影される。即ち、回折格子８７、回折格子８８、瞳リレー光学系９０及び瞳リレー光学系９２は、対物レンズ９３の瞳を反射型ＬＣＯＳ８９の異なる複数の領域（領域Ｒ１、領域Ｒ２、領域Ｒ３）に投影する瞳投影光学系である。
【００９１】
レーザユニット８１内のＡＯＴＦ８３は、反射型ＬＣＯＳ８９の複数の領域の各々で変調された光の標本９４における強度を変調するための強度変調手段であるとともに、標本９４に照射する光の波長を選択するための波長選択手段である。従って、ＡＯＴＦ８３は、反射型ＬＣＯＳ８９の複数の領域の各々で変調される光を独立に偏向させるまたは遮断することができる。
【００９２】
以上のように構成された照明装置８０では、レーザユニット８１から出射されたレーザ光は、光ファイバ８４を介して入射するレンズ８５でコリメートされて、ハーフミラー８６を透過して回折格子８７に入射する。回折格子８７は、レーザ光を波長毎に、例えば、赤色の波長を有するレーザ光Ｌｒ、緑色の波長を有するレーザ光Ｌｇ、青色の波長を有するレーザ光Ｌｂ、に分散させる。波長毎に分散したレーザ光Ｌｒ、レーザ光Ｌｇ、レーザ光Ｌｂは、回折格子８８により反射型ＬＣＯＳ８９に対して垂直な方向に偏向されて、それぞれ、領域Ｒ１、領域Ｒ２、領域Ｒ３で変調される。領域Ｒ１、領域Ｒ２、領域Ｒ３で変調されたレーザ光は、同じ経路を反対方向に進行して、回折格子８８及び回折格子８７により合成される。合成されたレーザ光はハーフミラー８６で反射し、瞳リレー光学系９０、ガルバノミラー９１、瞳リレー光学系９２を介して、対物レンズ９３に入射する。対物レンズ９３は、領域Ｒ１で位相変調されたレーザ光から領域Ｒ１に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンを標本９４に形成し、領域Ｒ２で位相変調されたレーザ光から領域Ｒ２に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンを標本９４に形成し、領域Ｒ３で位相変調されたレーザ光から領域Ｒ３に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンを標本９４に形成する。
【００９３】
照明装置８０では、ＡＯＴＦ８３を制御して領域Ｒ１から領域Ｒ３へのレーザ光の照射を任意に制御することで、合計７個（＝３Ｃ１＋３Ｃ２＋３Ｃ３）の状態が切換わり、標本９４上には、各状態に応じた光パターンが形成される。
【００９４】
照明装置８０によれば、標本に照射する光パターンを、図１に例示される照明装置１及び図２に例示される照明装置２０に比べて、さらに任意に且つ高速に変更することができる。
【００９５】
なお、照明装置８０では、回折格子８７及び回折格子８８が波長毎にレーザ光を分離し、それらの反射光を合成する。このため、レーザ光の波長を増やすだけで、装置の構成を変更することなく、反射型ＬＣＯＳ８９上のより多くの領域を対物レンズ９３の瞳に投影することができる。また、照明装置８０では、使用する光の波長を自由に選択することが可能であり、さらに、波長毎の光の光路長差も最小限に抑えることができる。
【実施例８】
【００９６】
図８は、本実施例に係る照明装置の構成の一部を例示した図である。図８に例示される照明装置は、図１に例示される照明装置１から、反射型ＬＣＯＳ７と瞳リレー光学系９との間に配置された光学素子を取り除いて、レンズ９ａとレンズ９ｂの間に音響光学偏向素子（ＡＯＤ：Acoustic Optical Deflector）１４を追加した照明装置である。
【００９７】
ＡＯＤ１４は、反射型ＬＣＯＳ７の複数の領域（領域Ｒ１、領域Ｒ２、領域Ｒ３）から選択した一つの領域で変調された光を対物レンズ１２の瞳に向けて偏向させる光偏向素子として機能する。つまり、ＡＯＤ１４は、各領域からの照明光の光路を順番にレンズ９ｂの光軸方向に向けることで、反射型ＬＣＯＳ７の複数の領域の各々で変調された照明光の光路を合成する光路合成手段として機能する。なお、ＡＯＤ１４の代わりに、ガルバノミラーを用いてもよい。
【００９８】
以上のように構成された照明装置では、反射型ＬＣＯＳ７上の異なる領域で変調された照明光がレンズ９ａによりＡＯＤ１４に集光するため、ＡＯＤ１４が照明光の偏向方向を制御することで、対物レンズ１２の瞳に投影される反射型ＬＣＯＳ７の領域を任意に切換えることができる。従って、本実施例に係る照明装置によっても、標本に照射する光パターンを任意に且つ高速に変更することができる。
【００９９】
また、本実施例に係る照明装置では、反射型ＬＣＯＳ７のより多くの領域を対物レンズ１２の瞳に投影する場合であっても、光路合成手段の構成を変更する必要がないため、実施例７に例示される照明装置８０と同様に、位相変調型ＳＬＭ上の多くの領域を対物レンズの瞳に投影する場合に、特に好適である。
【実施例９】
【０１００】
図９Ａは、本実施例に係る照明装置の構成を例示した図である。図９Ｂは、本実施例に係る照明装置に含まれる反射型ＬＣＯＳを例示した図である。図９Ｃは、本実施例に係る照明装置によって標本上に形成される光パターンを例示した図である。図９Ａに例示される照明装置１００は、レーザ（レーザ１０１ａ、レーザ１０１ｂ）から出射されたレーザ光を対物レンズ１１２の瞳と共役な位置に配置された反射型ＬＣＯＳ１１０で位相変調することで、標本１１３上に任意の光パターンを形成する照明装置である。
【０１０１】
照明装置１００は、異なる波長を有するレーザ光を出射するレーザ１０１ａ、レーザ１０１ｂと、ダイクロイックミラー１０２と、ＡＯＴＦ１０３と、カップリングレンズ１０４と、光ファイバ１０５と、ダイクロイックミラー１０６と、レーザ光を光軸と直交する方向に平行移動させるシフタ１０７と、ダイクロイックミラー１０８と、プリズム１０９と、反射型ＬＣＯＳ１１０と、瞳リレー光学系１１１と、対物レンズ１１２と、を含んでいる。
【０１０２】
ここで、対物レンズ１１２の瞳位置１１２ｐと反射型ＬＣＯＳ１１０は、互いに光学的に共役な関係を有している。即ち、照明装置１００では、瞳リレー光学系１１１は、反射型ＬＣＯＳ１１０を対物レンズ１１２の瞳に投影するように構成されている。
【０１０３】
以上のように構成された照明装置１００では、レーザ１０１ａから出射されたレーザ光とレーザ１０１ｂから出射されたレーザ光は、ダイクロイックミラー１０２で合成された後に、ＡＯＴＦ１０３に入射する。ＡＯＴＦ１０３は、反射型ＬＣＯＳ１１０の複数の領域（図９Ｂの領域Ａ、領域Ｂ）の各々で変調された光の標本１１３における強度を変調するための強度変調手段であるとともに、波長選択手段である。従って、ＡＯＴＦ１０３により、反射型ＬＣＯＳ１１０の複数の領域の各々で変調される光は、独立に偏向または遮断される。
【０１０４】
ＡＯＴＦ１０３を通過したレーザ光は、カップリングレンズ１０４、光ファイバ１０５を介してダイクロイックミラー１０６に入射する。ダイクロイックミラー１０６は、レーザ１０１ａから出射したレーザ光とレーザ１０１ｂから出射したレーザ光を波長で分割する。ダイクロイックミラー１０６を透過したレーザ光はそのままダイクロイックミラー１０８を透過するのに対して、ダイクロイックミラー１０６を反射したレーザ光はシフタ１０７により光軸と直交する方向に平行移動してからダイクロイックミラー１０８で反射する。このため、図９Ｂに例示されるように、レーザ１０１ａから出射したレーザ光とレーザ１０１ｂから出射したレーザ光は、反射型ＬＣＯＳ１１０上の異なる領域（領域Ｒ１、領域Ｒ２）に照射される。
【０１０５】
反射型ＬＣＯＳ１１０の異なる領域は、瞳リレー光学系１１１により対物レンズ１１２の瞳の異なる領域に投影される。即ち、瞳リレー光学系（瞳投影光学系）は、対物レンズ１１２の瞳内の複数の領域を、反射型ＬＣＯＳ１１０の複数の領域に投影するように構成されている。このため、対物レンズ１１２は、図９Ｃに例示されるように、領域Ｒ１で位相変調された照明光から領域Ｒ１に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンＲ１´を標本１１３に形成し、領域Ｒ２で位相変調された照明光から領域Ｒ２に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンＲ２´を標本１１３に形成する。
【０１０６】
従って、照明装置１００では、ＡＯＴＦ１０３を制御することで、領域Ｒ１にのみレーザ光が照射される状態（第１の状態）と、領域Ｒ２にのみレーザ光が照射される状態（第２の状態）と、領域Ｒ１と領域Ｒ２の両方にレーザ光が照射される状態（第３の状態）とが切換わり、標本１１３の光パターンも切換わる。具体的には、第１の状態では、領域Ｒ１に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンが標本１１３に形成され、第２の状態では、領域Ｒ２に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンが標本１１３に形成され、第３の状態では、領域Ｒ１に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンと領域Ｒ２に形成された位相変調パターンをフーリエ変換した光パターンとが重なったパターンが標本１１３に形成される。
【０１０７】
照明装置１００によれば、標本に照射する光パターンを任意に且つ高速に変更することができる。また、照明装置１００でも、光パターンを位相変調型ＳＬＭである反射型ＬＣＯＳ１１０で制御しているため、デジタルミラーデバイスなどの強度変調型ＳＬＭで制御する場合に比べて、光を効率的に利用することができる。さらに、実施例１から実施例８と異なり、反射型ＬＣＯＳ１１０と対物レンズ１１２の間に光路合成手段が必要ないため、より簡単な構成で標本に照射する光パターンを任意に且つ高速に変更することができる。
【０１０８】
なお、照明装置１００では、反射型ＬＣＯＳ１１０の２つ領域を対物レンズ１１２の瞳内の対応する２つの領域に投影する例を示したが、反射型ＬＣＯＳ１１０の３つ以上の領域を対物レンズ１１２の瞳内の対応する領域に投影してもよい。
【実施例１０】
【０１０９】
図１０Ａは、本実施例に係る照明装置の構成を例示した図である。図１０Ｂ、図１０Ｃは、それぞれ、本実施例に係る照明装置に含まれる光路合成手段が光路上に挿入されているとき、光路外に取り除かれているときの対物レンズの瞳に入射する光の様子を示した図である。図１０Ａに例示される照明装置１２０は、光路合成手段１２１（ＰＢＳ８、λ／２板６、及び、複数のプリズム）が光路に対して挿脱自在に配置されている点と、瞳リレー光学系９の代わりに瞳リレー光学系１２２を含む点が、図１に例示される照明装置１と異なっている。その他の構成は、図１に例示される照明装置１の構成と同様である。図１０Ａでは、照明装置１と同一の構成要素には同一の符号を付している。
【０１１０】
瞳リレー光学系１２２は、アフォーカルズーム光学系として構成されていて、瞳リレー光学系１２２を構成するレンズ１２２ａとレンズ１２２ｂのうち少なくとも一方（図１０Ａでは、レンズ１２２ａ）が光軸方向に移動することで、瞳投影倍率を変更することができる。
【０１１１】
照明装置１２０では、光路合成手段１２１が光路上に挿入されているときには、瞳リレー光学系の瞳投影倍率を調整することで、図１０Ｂに例示されるように、反射型ＬＣＯＳ７の領域Ｒ１と領域Ｒ２がそれぞれ対物レンズ１２の瞳ＰＬ内に重なって投影されるのに対して、光路合成手段１２１が光路外に取り除かれているときには、瞳リレー光学系の瞳投影倍率を調整することで、図１０Ｃに例示されるように、反射型ＬＣＯＳ７の領域Ｒ１と領域Ｒ２がそれぞれ対物レンズ１２の瞳ＰＬ内の異なる領域に投影される。
【０１１２】
従って、照明装置１２０によれば、対物レンズの瞳を位相変調型ＳＬＭの複数の領域に投影する実施例１に係る照明装置１と同様の構成と、対物レンズの瞳内の複数の領域を位相変調型ＳＬＭの複数の領域に投影する実施例９に係る照明装置１００と同様の構成とを、光路合成手段１２１の挿脱により、容易に切換えることができる。
【０１１３】
なお、瞳リレー光学系１２２の代わりに投影倍率の異なる瞳リレー光学系を含んでもよく、光路合成手段１２１の挿脱と連動して投影倍率の異なる瞳リレー光学系を交換してもよい。
【０１１４】
実施例１から実施例１０で示すように、照明レンズの瞳位置と光学的に共役な位置に配置された位相変調型ＳＬＭを含む照明装置及び顕微鏡装置は、照明レンズの瞳内の少なくとも１つの領域を位相変調型ＳＬＭの異なる複数の領域に投影する瞳投影光学系を含むことで、標本に照射する光パターンを任意に且つ高速に変更することができる。
【符号の説明】
【０１１５】
１、２０、３０、７０、８０、１００、１２０・・・照明装置
２、２１ａ、２１ｂ・・・光源
３、４３ａ、４３ｂ・・・ビームエクスパンダ
４・・・ハーフミラー
５ａ、５ｂ、２２ａ、２２ｂ、４２ａ、４２ｂ、７２ａ、７２ｂ、８３、１０３・・・ＡＯＴＦ
６・・・λ／２板
７、４５、７３、８９、１１０・・・反射型ＬＣＯＳ
８・・・ＰＢＳ
９、１１、４７、４９、５３、７５、９０、９２、１１１、１２２・・・瞳リレー光学系
９ａ、９ｂ、１１ａ、１１ｂ、６４、８５、１２２ａ、１２２ｂ・・・レンズ
１０、４８、９１・・・ガルバノミラー
１２、５１、７６、９３、１１２・・・対物レンズ
１２ｐ、５１ｐ、６６ｐ、９３ｐ、１１２ｐ・・・瞳位置
１３、５２、７７、９４、１１３・・・標本
１４・・・ＡＯＤ
２３・・・透過型ＬＣＯＳ
２４、３１、４６、５０、６３、１０２、１０６、１０８・・・ダイクロイックミラー
４０、６０・・・顕微鏡装置
４１ａ、４１ｂ・・・チタンサファイアレーザ
４４、７４、１０９・・・プリズム
５４・・・ＩＲカットフィルタ
５５・・・ＰＭＴ
５６、６８・・・制御ユニット
６１ａ、６１ｂ・・・レーザダイオード
６２・・・デフォーマブルミラー
６５・・・ミラー
６６・・・コンデンサレンズ
６７・・・ハロゲン光源
７１・・・スプリッタ
８１・・・レーザユニット
８２ｒ、８２ｇ、８２ｂ、１０１ａ、１０１ｂ・・・レーザ
８４、１０５・・・光ファイバ
８６・・・ハーフミラー
８７、８８・・・回折格子
１０４・・・カップリングレンズ
１０７・・・シフタ
１２１・・・光路合成手段
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４・・・領域
【図１】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図９Ａ】
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